DE10061934B4

DE10061934B4 - Werkzeugmaschine zur spanenden Werkstückbearbeitung

Info

Publication number: DE10061934B4
Application number: DE10061934A
Authority: DE
Inventors: Alfred Geissler
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: DE10061934A1

Abstract

Universal-Fräs- und Bohrmaschine zur spanenden Werkstückbearbeitung mit
– einem formsteifen ortsfesten Maschinenständer (1),
– einem an der Stirnseite des Maschinenständers (1) in Führungen motorisch verfahrbaren Schlitten (7), der vorderseitige Führungen (11, 12) aufweist,
– einem an den Führungen (11, 12) des Schlittens (7) motorisch verfahrbaren Träger (15),
– einem am Träger (15) montierten Spindelkopf (20) mit integriertem Drehantrieb für die Arbeitsspindel (21),
– einem an der Stirnseite des Maschinenständers angeschlossenen langgestreckten Maschinenbett (25), dessen Längsachse quer zur Stirnseite des Maschinenständers (1) verläuft,
– einem in der horizontalen Längsachse auf dem Maschinenbett (1) motorisch verfahrbaren Werkstücktisch (30) und
– einer Programmsteuerung,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Schlitten (7) an drei Horizontalführungen (4 bis 6) an dem hochsteifen Maschinenständer (1) motorisch verfahrbar geführt ist, von denen die beiden äußeren Führungen (4 und 6) im unteren und im oberen Endbereich des Maschinenständers (1) und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Universal-Fräs- und Bohrmaschine zur spanenden Werkstückbearbeitung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE 198 60 492 A ist eine derartige Werkzeugmaschine bekannt, die sich aufgrund ihrer Bauart durch besonders hohe Steifigkeit und damit auch hohe Spanleistungen sowie hohe Genauigkeiten auszeichnet. Diese Werkzeugmaschine enthält ein durchgehendes hochsteifes Maschinenbett mit oberseitigen horizontalen Führungsschienen, auf denen ein Tischschlitten mit einem Drehtisch motorisch verfahrbar angeordnet ist. An dem Maschinenbett ist ein Maschinenständer in Portalbauweise befestigt, der an den beiden Rändern seiner Stirnseite zwei vertikale Führungsschienen aufweist, an denen ein durchgehender Querträger vertikal verfahrbar geführt ist, dessen Breite etwa der Breite des Maschinenständers entspricht. An diesem einen Vertikalschlitten bildenden Querträger sind vorderseitig zwei horizontale Führungsschienen zur Führung einer horizontal motorisch verfahrbaren Bearbeitungseinheit vorgesehen, die einen Träger und einen daran montierten Spindelkopf enthält. Aufgrund der Abmessungen des schlittenartigen Querträgers und der endseitigen Anordnung seiner Führungen muss der Querträger selbst so wie auch die daran geführte Bearbeitungseinheit besonders formsteif ausgeführt sein, was relativ große Massen und hohe Trägheitskräfte bei den Verfahrbewegungen dieser Bauteile während der Bearbeitung erfordert.

Ferner ist aus der DE 196 45 324 A1 eine Werkzeugmaschine bekannt, die zur spanenden Bearbeitung großer Bauteile, insbesondere von Flugzeug-Integral-Bauteilen aus Aluminiumlegierungen, eingesetzt wird. Auf einer langgestreckten schmalen Basis ist ein säulenartiger Fahrständer auf Horizontalführungen verfahrbar, der mindestens ein in mehreren Achsen bewegbares Bearbeitungswerkzeug trägt. Der Fahrständer ist in seinem oberen Endteil an einer oberen Horizontalführung geführt, die an der Stirnseite einer massiven Betonwand angeordnet ist. Mit Zwischenabstand vor der Basis und damit auch vor dem Fahrständer ist ein langgestrecktes Maschinenbett angeordnet, dessen Längsachse quer zur Stirnseite des Fahrständers verläuft und auf dem ein verdrehbarer Werkstücktisch verfahrbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Werkzeugmaschine zu schaffen, die eine Verringerung der bewegten Massen bei gleichzeitiger Erzielung hoher Spanleistungen und hoher Bearbeitungsgenauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ausbildung des an der Stirnseite des Maschinenständers verfahrbaren Schlittens als Horizontalschlitten ermöglicht gegenüber der gattungsgemäßen Werkzeugmaschine eine erheblich leichtere Bauart, und das Vorsehen einer mittleren Horizontalführung gewährleistet eine zusätzliche Abstützung des Schlittens am Maschinenständer, und zwar in demjenigen Schlittenbereich, in dem während der Bearbeitung die höchsten Belastungen auftreten.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Breite des Maschinenständers incl. seiner Horizontalführungen größer als die Breite des Maschinenbetts und des vorgegebenen Arbeitsraums. Dadurch ergeben sich ausreichend lange Verfahrwege für den Schlitten, so dass auch sperrige Werkzeuge mit größerer Abmessung ohne Toleranzverlust bearbeitet werden können.

Die Stirnseite des Maschinenständers kann bei einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung auch schräg nach hinten geneigt sein, wobei dann die oberen Horizontalführungen nach rückwärts versetzt sind und der Schlitten eine nach oben entsprechend zunehmende Breite besitzt. Durch diese Ausführung wird zumindest ein Teil der Gewichtskräfte des Schlittens direkt in den Ständer eingeleitet.

Ferner kann bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der Schlitten als Winkelschlitten ausgebildet sein und einen nach rückwärts vorkragenden Oberteil aufweisen, welcher an der obersten auf der Oberseite des Ständers angeordneten Horizontalführung geführt ist.

Zur Erzielung der angestrebt hohen Eigensteifigkeit weist der Schlitten vorteilhaft eine mittlere Ausnehmung zur Aufnahme eines Fahrantriebs, z. B. einer sog. Kugelumlaufspindel, auf, wobei an den diese Ausnehmung seitlich begrenzenden Wangen stirnseitig die Vertikalführungen für den Träger vorgesehen sind. Neben einer durch die Schlittenkontur erzielten hohen Eigensteifigkeit wird ein ausrei chender Raum zur Anordnung der Einzelteile des Fahrantriebs geschaffen.

Die bei Universalmaschinen häufig geforderte Fünf-Achs-Bearbeitung wird erreicht durch Verwendung eines um seine Hochachse drehbaren Werkstücktisches in Verbindung mit einem der Bearbeitungseinheit zugehörigen Schwenkkopf, der um eine 45°-Achse verdrehbar an einer zu dieser Achse quer verlaufenden Stirnseite des Trägers montiert ist und an einer wiederum um 45° zur Drehachse verlaufenden Stirnseite den Spindelkopf trägt. Durch diese Ausbildung der Bearbeitungseinheit ergibt sich bei einer Drehung des Schwenkkopfes um 180° wahlweise eine horizontale oder vertikale Stellung des Spindelkopfes, wobei selbstverständlich auch Schräglagen zwischen diesen beiden Endpositionen möglich sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Universal-Fräs- und Bohrmaschine in erfindungsgemäßer Breit-Ständerausführung in perspektivischer Darstellung;
2 die Werkzeugmaschine nach 1 in grob schematischer Seitenansicht;
3, 4 weitere Ausführungen der Werkzeugmaschine in grob schematischer Seitenansicht.
Die in den 1, 2 dargestellte Universal-Fräs- und Bohrmaschine besitzt einen hochsteifen Maschinenständer 1, dessen in Kastenkonstruktion ausgeführtes Oberteil 2 mit einem stabilen Unterbau 3 fest verbunden ist. An der vorderen Stirnseite des Ständeroberteils 2 sind hier insgesamt drei Führungsschienen 4 bis 6 in etwa gleichen Zwischenabständen befestigt, wobei alle drei horizontalen Führungsschienen 4 bis 6 in einer Vertikalebene verlaufen und die beiden äußeren Führungsschienen 4 und 6 im unteren bzw. obersten Endbereich des Oberteils 2 positioniert sind.
An den drei Führungsschienen 4 bis 6 ist ein Schlitten 7 mittels herkömmlicher Führungsschuhe geführt und mit Hilfe eines von der – nicht dargestellten – Pro grammsteuerung angesteuerten Spindeltriebes 8 in horizontaler Richtung verfahrbar. Der Schlitten erstreckt sich über nahezu die gesamte Höhe des Oberteils 2 des Maschinenständers 1 und weist zwischen zwei seitlichen Wangen 9, 10 eine zentrale Ausnehmung auf. An den Vorderseiten der beiden Wangen 9, 10 sind vertikale Führungsschienen 11, 12 befestigt, die sich über die gesamte Länge des Schlittens erstrecken. Durch diese Ausbildung des Schlittens ergibt sich nicht nur eine hohe Eigensteifigkeit, sondern auch ein zentraler Freiraum.
An den beiden vertikalen Führungsschienen 11, 12 des Schlittens ist ein nach vorne auskragender Träger 15 mittels gebräuchlicher Führungsschuhe geführt und mittels eines im zentralen Freiraum des Schlittens angeordneten Antriebsaggregats z.B. in Form eines Spindeltriebs 16 verfahrbar. Der Träger 15 hat eine um 45° nach schräg hinten geneigte Stirnebene 17, an welcher ein Schwenkkopf 18 um eine sich schräg nach hinten-oben erstreckende 45°-Achse 19 verdrehbar montiert ist. An einer Seitenfläche des Schwenkkopfes 18 ist ein Spindelkopf 20 befestigt, dessen Arbeitsspindel 21 von einem im Kopf 20 integrierten Motor direkt angetrieben wird.
Vor der vorderen Stirnseite des Maschinenständers 1 befindet sich ein langgestrecktes Maschinenbett 25, dessen Unterbau 26 stirnseitig an den Unterbau 3 des Maschinenständers 1 angeschlossen ist. Auf der Bettoberseite sind zwei parallele Führungsschienen 28, 29 befestigt, auf denen der Sockel 27 eines Werkstücktischs mit Hilfe von Führungsschuhen und einem Linearantrieb 31 in Tischlängsrichtung horizontal verfahrbar angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werkstücktisch 30 um seine zentrale Hochachse verdrehbar ausgeführt.
Ein wesentliches Merkmal der vorstehend beschriebenen Universal-Maschine besteht in der Überbreite des Maschinenständers 1 mit dem an seinem Oberteil 2 vorgesehenen Führungsschienen 4 bis 6, wobei diese Ständerbreite größer als die Breite des Maschinenbettes 25 und dementsprechend auch als der Durchmesser des Werkstücktisches 30 ist. Dadurch wird ein sich über die gesamte Tischbreite erstreckender Arbeitsbereich erreicht. Da sich ferner die beiden vertikalen Führungsschienen über die gesamte Höhe des Schlittens erstrecken, ergibt sich auch eine ausreichende Höhe des Arbeitsbereiches. Insgesamt ergibt sich durch die Erfindung ein technisch einfaches Maschinenkonzept, bei dem z.B. gegenüber den Fahrständermaschinen wesentlich geringere Massen während der verschiedenen Arbeitsvorgänge bewegt werden müssen, was sich günstig auf die Dimensionierung der Einzelteile, insbesondere auch der Fahrantriebe, auswirkt.
Die in 3 in schematischer Seitenansicht dargestellte Maschinenausführung entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Ausführung nach den 1 und 2, so daß die übereinstimmenden Einzelteile im folgenden nicht mehr beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied liegt in der Ausbildung des Schlittens als Winkelschlitten 37, der einen oberen nach rückwärts weisenden Teil 38 aufweist, welcher über herkömmliche Führungsschuhe in einer auf der Oberseite des Ständers 32 angeordneten Führungsschiene 39 geführt ist.
Die Maschinenausführung nach 4 entspricht in ihrem konzeptionellen Aufbau den vorstehend beschriebenen Ausführungen nach den 1 bis 3. Der Maschinenständer 40 hat hier in seinem Oberteil 42 eine schräg nach aufwärts-rückwärts verlaufende Stirnfläche 43, an der – in ähnlicher Weise wie bei der Ausführung nach 1, 2 – insgesamt drei horizontale Führungsschienen 44, 45, 46 befestigt sind. An diesen Führungsschienen 44, 45, 46 ist ein Schlitten 47 mittels Führungsschuhen und eines – nicht dargestellten – Linearantriebs verfahrbar. Der Schlitten 47 hat hier die Querschnittsform eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei seine die Führungsschuhe tragende rückwärtige Stirnfläche 48 parallel zur schrägen Stirnfläche 43 des Trägers verläuft und seine vordere Stirnseite vertikale Führungsschienen 11, 12 gemäß 1, 2 trägt. Der in diesen vertikalen Führungsschienen 11, 12 mittels eines Linearantriebs gemäß 1, 2 verfahrbare Träger 49 hat eine gegenüber den Ausführungen nach 1 bis 3 nach oben versetzte Form, wodurch ein in der Höhe für bestimmte Bearbeitungsfälle günstiger Arbeitsraum erzielt wird. Die unterste Stellung des Schlittens 47 ist in Strichlinien angedeutet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann der am Schlitten vertikal verfahrbare Träger horizontale und/oder vertikale Montageflächen aufweisen, an denen ein horizontaler oder vertikaler Spindelkopf mit Einfach- oder auch Doppel-Spindel befestigt ist.

Claims

Universal-Fräs- und Bohrmaschine zur spanenden Werkstückbearbeitung mit – einem formsteifen ortsfesten Maschinenständer (1), – einem an der Stirnseite des Maschinenständers (1) in Führungen motorisch verfahrbaren Schlitten (7), der vorderseitige Führungen (11, 12) aufweist, – einem an den Führungen (11, 12) des Schlittens (7) motorisch verfahrbaren Träger (15), – einem am Träger (15) montierten Spindelkopf (20) mit integriertem Drehantrieb für die Arbeitsspindel (21), – einem an der Stirnseite des Maschinenständers angeschlossenen langgestreckten Maschinenbett (25), dessen Längsachse quer zur Stirnseite des Maschinenständers (1) verläuft, – einem in der horizontalen Längsachse auf dem Maschinenbett (1) motorisch verfahrbaren Werkstücktisch (30) und – einer Programmsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schlitten (7) an drei Horizontalführungen (4 bis 6) an dem hochsteifen Maschinenständer (1) motorisch verfahrbar geführt ist, von denen die beiden äußeren Führungen (4 und 6) im unteren und im oberen Endbereich des Maschinenständers (1) und die mittlere Führung (5) im Bereich der größten Schlittenbelastungen zur Krafteinleitung in den Maschinenständer angeordnet sind, – die Führungen an der Vorderseite des Schlittens (7) zwei beabstandete Vertikalführungen (11, 12) sind und – die vertikale Länge des Schlittens (7) mit den beiden Vertikalführungen (11, 12) größer als die Höhe des Arbeitsraum ist.
Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des in Kastenkonstruktion ausgeführten Maschinenständers (1) mit seinen Horizontalführungen (4 bis 6) größer als die Breite des Maschinenbetts (25) und des Arbeitsraums ist.
Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten als Winkelschlitten (37) ausgebildet ist, dessen nach hinten auskragendes Oberteil (38) an der obersten auf der Oberseite des Maschinenständers (1) angeordneten Horizontalführung (39) geführt ist.
Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Horizontalführungen (45, 46) nach rückwärts versetzt am Maschinenständer (42) angeordnet sind.
Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (7) eine mittlere sich über seine gesamte Länge erstreckende Ausnehmung zur Aufnahme eines Fahrantriebs (16) für den Träger (15) aufweist und an den die Ausnehmung seitlich begrenzenden Wangen (9, 10) des Schlittens (7) stirnseitig die beiden Vertikalführungen (11, 12) für den Träger (15) angeordnet sind.
Universal-Fräs- und Bohrmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem vorkragenden Träger (15) ein um eine 45°-Achse (19) verdrehbarer Schwenkkopf (18) angeordnet ist, der zumindest eine zur 45°-Drehachse (19) um 45° geneigte Montageseite zur Befestigung des Spindelkopfes (20) aufweist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spindelkopf (20) zur vertikalen oder horizontalen Bearbeitung an den vorkragenden Träger (15) montierbar ist.